CT能譜成像對(duì)在體非單發(fā)泌尿系結(jié)石的成分與同源性分析

傅曉彬 黃洲 崔運(yùn)能

[摘要]目的 利用CT能譜成像探討非單發(fā)泌尿系結(jié)石患者在體的結(jié)石成分，并進(jìn)行同源性分析。方法 收集2018年6月～2019年12月到佛山市三水區(qū)人民醫(yī)院行泌尿系CT能譜結(jié)石分析掃描檢查，且均行紅外光譜儀檢測結(jié)石成分的病例共102例，將同一患者泌尿系結(jié)石按結(jié)石部位分為同側(cè)腎臟、異側(cè)腎臟、同側(cè)腎輸尿管、異側(cè)腎輸尿管、異側(cè)輸尿管、膀胱、膀胱+腎/輸尿管7種類型。應(yīng)用能譜結(jié)石分析軟件測量平均有效原子序數(shù)、有效原子序數(shù)峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值指標(biāo)，并判定結(jié)石成分;同一患者在體結(jié)石成分相同判定為同源性，否則為異源性。結(jié)果 102例患者的CT能譜分析結(jié)石204個(gè)，在體結(jié)石能譜CT與紅外光譜儀檢測結(jié)果符合率為85.3%。結(jié)石成分判定結(jié)果分別為磷酸鈣類（51個(gè)）、草酸鈣類（85個(gè)）、鳥糞石類（25個(gè)）、胱氨酸類（6個(gè)）、尿酸類（23個(gè)）及混合類（14個(gè)）。5種單一成分結(jié)石的平均有效原子序數(shù)、有效原子序數(shù)峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同側(cè)腎輸尿管為主，7種類型的同源性由大到小分別為膀胱、同側(cè)腎輸尿管、異側(cè)腎臟、同側(cè)腎臟、異側(cè)輸尿管、異側(cè)腎輸尿管、膀胱+腎/輸尿管。結(jié)論 CT能譜成像可較為準(zhǔn)確地分析在體泌尿系結(jié)石的成分，同一患者非單發(fā)泌尿系結(jié)石成分具有較高的同源性，以膀胱及同側(cè)腎輸尿管顯著。

[關(guān)鍵詞]能譜成像;體層攝影術(shù);X線計(jì)算機(jī);泌尿系結(jié)石;泌尿系結(jié)石成分;紅外光譜儀

[中圖分類號(hào)] R691.4 ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] 1674-4721（2020）8（c）-0013-04

[Abstract] Objective To use CT energy spectrum to explore the in vivo stone composition of patients with non-single urinary stones， and to conduct homology analysis. Methods A total of 102 cases were collected from June 2018 to December 2019 who went to Foshan Sanshui District People′s Hospital for urinary system CT energy spectrum analysis and scanning of stones， and all cases were detected by infrared spectroscopy. Divide the same patient′s urinary tract stones into 7 types according to the stone location： ipsilateral kidney， opposite kidney， ipsilateral kidney ureter， opposite kidney ureter， opposite ureter， bladder， and bladder + kidney/ureter. Energy spectrum stone analysis software was used to measure average effective atomic number， peak value of effective atomic number， 50 keV single energy CT value， calcium to water ratio， slope of energy spectrum attenuation curve， 140 kVp mixed energy CT value， and determine the stone composition; the same patient in the same body stone composition was judged as homology， otherwise it was heterogeneity. Results A total of 204 stones were analyzed by CT energy spectrum of 102 patients， and the coincidence rate of in vivo energy spectrum and infrared spectrometer was 85.3%. The results of determining stone composition were calcium phosphate （51 stones）， calcium oxalate （85 stones）， struvite （25 stones）， cystine （6 stones）， uric acid （23 stones） and mixed （14 stones）. Comparison of the average effective atomic number， peak value of effective atomic number， 50 keV single energy CT value， calcium to water ratio， slope of energy spectrum attenuation curve， and 140 kVp mixed energy CT value of the five single-component stones， the differences were statistically significant （P<0.01）. Patients with homology accounted for 75.5%， mainly bladder and ipsilateral kidney ureter. The 7 types of homology from large to small are bladder， ipsilateral kidney ureter， opposite kidney， ipsilateral kidney， opposite ureter， opposite kidney ureter， bladder + kidney/ureter. Conclusion ?CT energy spectrum imaging can more accurately analyze the components of urinary stones in vivo. The components of non-single urinary stones in the same patient have high homology， especially the bladder and ipsilateral kidney ureter.

[Key words] Energy spectrum; Tomography; X-ray computed; Urinary stones; Urinary stones composition; Infrared spectrometer

泌尿系結(jié)石是一種常見的泌尿系統(tǒng)疾病，國內(nèi)的發(fā)生率為1%～5%，南方地區(qū)高達(dá)10%[1]。泌尿系結(jié)石可分為磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類、尿酸類及混合類[2]，而同一患者泌尿系結(jié)石并非都是單發(fā)存在的，往往是多個(gè)或多個(gè)部位同時(shí)存在，其成分可以相同或者不同。在治療泌尿系結(jié)石前，準(zhǔn)確判定結(jié)石成分可指導(dǎo)臨床選擇最佳的治療方法，而非單發(fā)結(jié)石的同源性分析可以為其病因分析及制訂合理的治療方案提供依據(jù)[3]。CT檢查可以高效診斷結(jié)石的大小、位置等情況，而寶石能譜CT檢查對(duì)結(jié)石的化學(xué)成分及性質(zhì)的評(píng)估具有獨(dú)特的優(yōu)勢[4]。本研究將利用能譜CT的平均有效原子序數(shù)（Eff-Z）、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值（CWR）、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值等數(shù)值，對(duì)非單發(fā)泌尿系結(jié)石成分進(jìn)行在體分析，并按結(jié)石發(fā)生部位進(jìn)行分類，對(duì)其同源性進(jìn)行分析與研究，期望臨床對(duì)結(jié)石治療與防止復(fù)發(fā)的方案進(jìn)行優(yōu)化和選擇?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1資料與方法

1.1一般資料

對(duì)2018年6月～2019年12月在佛山市三水區(qū)人民醫(yī)院行能譜CT泌尿系結(jié)石成分分析的病例進(jìn)行篩查，納入標(biāo)準(zhǔn)：病例結(jié)石數(shù)≥2個(gè);結(jié)石大小≥5 mm;患者至少其一結(jié)石有紅外光譜儀檢測結(jié)果。排除標(biāo)準(zhǔn)：呼吸運(yùn)動(dòng)偽影影響結(jié)石分析。最終納入研究的病例為102例，男62例，女40例，年齡29～93歲，平均（57±12）歲。

根據(jù)李小虎等[5]對(duì)腎結(jié)石在體外進(jìn)行能譜CT成分分析數(shù)據(jù)結(jié)果，判定結(jié)石成分的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行在體研究泌尿系結(jié)石成分，并將結(jié)石治療后的標(biāo)本送往具有專業(yè)資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行紅外光譜儀檢測。按照患者非單發(fā)泌尿系結(jié)石的部位分為同側(cè)腎臟、異側(cè)腎臟、同側(cè)腎輸尿管、異側(cè)腎輸尿管、異側(cè)輸尿管、膀胱、膀胱+腎/輸尿管，共7種類型;同一患者在體結(jié)石成分相同判定為同源性，否則為異源性。

1.2 CT檢查及后處理方法

采用GE公司寶石能譜Discovery CT750 HD 64層動(dòng)態(tài)500排CT掃描儀，掃描范圍從腎上極（約胸11椎體上緣）1～2 cm至恥骨聯(lián)合水平。掃描參數(shù)：SFOV為Large Body，電壓GSI（80～140 kV瞬間轉(zhuǎn)換），管電流375 mAs，ASIR 30%，層厚5 mm，螺距1.37∶1。采用GSI掃描模式，獲得1.25 mm層厚DATA數(shù)據(jù)的原始圖像，將原始數(shù)據(jù)傳至GE AW 4.6工作站。利用GSI Viewr結(jié)石分析軟件，在工作站上對(duì)圖像進(jìn)行成分分析，以結(jié)石最大徑層面面積的1/2至2/3為分析感興趣區(qū)（ROI）。綜合分析各項(xiàng)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，判定結(jié)石成分。

1.3圖像觀察指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

①泌尿系結(jié)石患者的結(jié)石形態(tài)、大小及發(fā)生部位。②結(jié)石分析軟件上測量數(shù)據(jù)：平均Eff-Z、Eff-Z峰值、CWR、能譜衰減曲線斜率[簡稱“斜率”，斜率=（Hu 40 keV-Hu 100 keV）/60，即選取40 keV及100 keV的單能量的CT值的兩點(diǎn)連線]、50 keV單能量CT值及140 kVp混合能量CT值，并對(duì)結(jié)石5種成分（磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類、尿酸類）的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。③分析7種類型結(jié)石成分的同異源性，同一患者非單發(fā)結(jié)石為同一成分，即在體結(jié)石成分相同則判定為同源性，若存在不同成分則為異源性。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以中位數(shù)和四分位數(shù)[M（P25，P75）]表示計(jì)量資料，比較采用獨(dú)立樣本的非參數(shù)檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis檢驗(yàn)）;計(jì)數(shù)資料以百分比表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1泌尿系結(jié)石的形態(tài)、大小及發(fā)生部位

102例泌尿系結(jié)石患者中，CT能譜分析結(jié)石204個(gè)（單部位多發(fā)且成分相同的選取最大的一個(gè)或兩個(gè)結(jié)石進(jìn)行分析），其中腎結(jié)石127個(gè)、輸尿管結(jié)石56個(gè)、膀胱結(jié)石21個(gè)，結(jié)石大小為5～58 mm，結(jié)石形態(tài)有類圓形、橢圓形、長條形、鹿角形、不規(guī)則形，但以類圓形多見。行紅外光譜儀檢測標(biāo)本為102例，CT檢測結(jié)果與紅外光譜分析法測定的結(jié)果符合率為85.3%（87/102）。

2.2泌尿系結(jié)石CT能譜分析

204個(gè)結(jié)石成分分別為磷酸鈣類51個(gè)、草酸鈣類85個(gè)、鳥糞石類25個(gè)、胱氨酸類6個(gè)、尿酸類23個(gè)及混合類14個(gè)，5種單一成分結(jié)石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）（表1）?；旌项惤Y(jié)石體積比較大，存在兩種以上成分，以尿酸與鈣類混合為主，Eff-Z見兩個(gè)峰值，鈣水圖明顯可見結(jié)石成分不一樣，應(yīng)分別測量不同成分進(jìn)行分析，其參數(shù)參考單一成分結(jié)果。

2.3 7種類型結(jié)石成分的同源性分析

102例結(jié)石患者中，同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同側(cè)腎輸尿管為主。7種類型的同源性由大到小分別為膀胱（100.0%）、同側(cè)腎輸尿管（95.2%）、異側(cè)腎臟（78.6%）、同側(cè)腎臟（76.0%）、異側(cè)輸尿管（66.7%）、異側(cè)腎輸尿管（62.5%）、膀胱+腎/輸尿管（44.4%）（表2），以異側(cè)腎臟中的左腎多發(fā)結(jié)石為例的案例分析見圖1（封三）。

3討論

寶石CT能譜成像是基于單源雙能量瞬時(shí)切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，即在一個(gè)能量轉(zhuǎn)換周期中通過單個(gè)球管進(jìn)行高低兩種能量（80 keVp與140 keVp）高速瞬時(shí)（0.5 ms）切換曝光，得到含有原始能量信息的兩組數(shù)據(jù)，通過能譜解析，將兩組數(shù)據(jù)在原始投影數(shù)據(jù)空間的吸收投影數(shù)據(jù)到物質(zhì)密度投影數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并解析出40～140 keV任一單能量共101個(gè)單能量圖像[6]。而采用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代（ASIR）技術(shù)抑制噪聲減少掃描劑量的同時(shí)，得到與單keV掃描等同質(zhì)量的圖像[7]，這種單能量的CT值相對(duì)于混合能量的CT值更能準(zhǔn)確地反映物質(zhì)的X線吸收特性[8]。能譜CT的基物質(zhì)分離成像技術(shù)對(duì)于泌尿系結(jié)石成分分析具有高度的敏感性，而且掃描及成像速度快，準(zhǔn)確性高，尤其在對(duì)陰性結(jié)石檢測中更加敏感[9-10]。在本研究中，對(duì)102例患者的204個(gè)結(jié)石進(jìn)行在體分析，應(yīng)用能譜CT掃描分析結(jié)果與紅外光譜儀測定的結(jié)果符合率為85.3%，提示能譜CT掃描分析具有較高的符合率，與國內(nèi)外報(bào)道[11-12]的雙源CT掃描檢測結(jié)石成分大致相符;因此，能譜CT可以實(shí)現(xiàn)術(shù)前在體評(píng)估結(jié)石成分。

據(jù)國內(nèi)外報(bào)道[13-14]，多層螺旋CT與顯微CT可以辨別6種不同成分的泌尿系結(jié)石。能譜CT成像中的Eff-Z、CWR及50 keV單能量CT值3個(gè)指標(biāo)數(shù)值均可區(qū)分磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類及尿酸類結(jié)石[5]。但是，上述均為體外研究所得參數(shù)。通過本研究在體結(jié)石分析顯示，5種單一成分結(jié)石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），提示能譜CT測量各指標(biāo)均可區(qū)分5種不同成分的結(jié)石，但在具體指標(biāo)參數(shù)上與體外研究報(bào)道[5]存在不同之處，其表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①在體結(jié)石平均Eff-Z較體外結(jié)石研究明顯低，尤其以鈣類結(jié)石明顯，本研究數(shù)據(jù)Eff-Z沒有超過15.0;②CWR中所測數(shù)據(jù)顯示，在體結(jié)石所含水分較體外結(jié)石要高，相對(duì)CWR參數(shù)較體外結(jié)石低;上述兩種參數(shù)的差異可能是由于體外研究所用結(jié)石經(jīng)過烘干等處理后放至豬腎中進(jìn)行掃描研究，在這個(gè)過程中有可能損失部分游離水，因?yàn)榻Y(jié)石分子之間是存在間隔的，其間隔可以用水分子充填，并且沒有人體腎臟分泌尿液的水環(huán)境影響，從而導(dǎo)致體外研究所得數(shù)據(jù)較體內(nèi)高。因此，筆者認(rèn)為，在體結(jié)石成分參數(shù)與體外結(jié)石研究參數(shù)存在差異，在體結(jié)石能譜分析參數(shù)更加準(zhǔn)確，并能更好地應(yīng)用于臨床工作中。

現(xiàn)有臨床研究表明，泌尿系結(jié)石的病因復(fù)雜且不明確，主要與個(gè)體和環(huán)境等多種因素有關(guān)[15]。雖然非單發(fā)泌尿系結(jié)石是否存在同源性尚且不明確，但本研究顯示，同側(cè)腎輸尿管結(jié)石明顯存在同源性（95.2%），據(jù)此可以說明大多數(shù)輸尿管結(jié)石由腎結(jié)石脫落引起，本研究輸尿管結(jié)石沒有原發(fā)結(jié)石存在。而同臟器多發(fā)結(jié)石雖存在較高的同源性，但也存在異源性，這可能是由于人體結(jié)石病因復(fù)雜，且泌尿系存在多種不同化學(xué)元素（如Mg、P、Ca、S、H、C、N、O等），在腎臟或膀胱不斷停留與堆積，繼而形成不同成分的結(jié)石。異側(cè)或不同臟器泌尿系結(jié)石存在較高的異源性，這與個(gè)體的機(jī)體環(huán)境有密切關(guān)系。而本研究數(shù)據(jù)來自于廣東三江流域匯合地區(qū)，其泌尿系結(jié)石以草酸鈣結(jié)石為主，受飲食與水環(huán)境因素影響較大[16-17]，同一患者體內(nèi)非單發(fā)結(jié)石成分多為單一相同成分。

本研究仍存在不足之處：①本研究選取資料并非是對(duì)所有結(jié)石患者進(jìn)行分析，本研究參考數(shù)值不可代表所有結(jié)石成分?jǐn)?shù)據(jù)。②5種類型結(jié)石中，胱氨酸類樣本量較小，這與其實(shí)際發(fā)生率較小有關(guān)。③由于篇幅受限，本研究只對(duì)結(jié)石5種成分多組的比較，并未進(jìn)行兩兩比較。下一步需要擴(kuò)大樣本、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的紅外光譜儀檢測結(jié)果、數(shù)據(jù)兩兩比較以及混合類結(jié)石分析等進(jìn)行進(jìn)一步在體泌尿系結(jié)石研究。

綜上所述，CT能譜成像可較為準(zhǔn)確的分析結(jié)石成分，與紅外光譜儀檢測一致性較高，不同結(jié)石成分具有不一樣的分析參數(shù)，在體結(jié)石成分參數(shù)更適用于臨床工作中。而同一患者非單發(fā)泌尿系結(jié)石成分具有較高的同源性，以膀胱及同側(cè)腎輸尿管顯著;可以為臨床的病因分析及制訂合理的治療方案提供依據(jù)，降低結(jié)石非單發(fā)結(jié)石患者的結(jié)石復(fù)發(fā)率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾國華，朱瑋.泌尿系結(jié)石的預(yù)防：我們該做些什么？[J].中華泌尿外科雜志，2017，38（9）：650-653.

[2]吳偉宙，黃健，梁雄發(fā)，等.單中心15 269例泌尿系結(jié)石患者的結(jié)石成分分析[J].中華泌尿外科雜志，2018，39（9）：651-655.

[3]徐勛，趙振華，石明，等.1168例泌尿系結(jié)石患者結(jié)石成分分析及其飲食預(yù)防指導(dǎo)[J].臨床泌尿外科雜志，2014，29（8）：694-696.

[4]Jepperson MA，Cernigliaro JG，Ibrahim el-SH，et al.In vivo comparison of radiation exposure of dual-energy CT versus low-dose CT versus standard CT for imaging urinary calculi[J].J Endourol，2015，29（2）：141-146.

[5]李小虎，余永強(qiáng)，王萬勤，等.CT能譜成像對(duì)腎結(jié)石成分分析的初步研究[J].中華放射學(xué)雜志，2011，45（12）：1216-1219.

[6]劉月華，朱紹成，史大鵬，等.CT能譜成像術(shù)前評(píng)估食管鱗狀細(xì)胞癌病理分級(jí)的臨床價(jià)值[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2017，97（43）：3406-3411.

[7]朱正，趙心明，周純武.寶石能譜單能量成像及自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)在腹部低劑量CT掃描中的可行性研究[J].放射學(xué)實(shí)踐，2017，32（4）：418-422.

[8]胡微薇，趙建洪，景瑣世.寶石能譜CT對(duì)泌尿系結(jié)石成分分析的相關(guān)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代泌尿外科雜志，2016，21（11）：894-897.

[9]韓文艷.CT能譜成像的基本原理與臨床應(yīng)用優(yōu)勢[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2015，30（12）：90-91，94.

[10]鄒婷婷，張古沐陽，劉彥含，等.定量CT紋理分析鑒別體內(nèi)泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結(jié)石[J].放射學(xué)實(shí)踐，2019， 34（9）：998-1001.

[11]陳泉樺，黎軍強(qiáng).雙源CT雙能量成像識(shí)別尿路結(jié)石成分的臨床應(yīng)用研究[J].中國CT和MRI雜志，2018，16（7）：133-135，139，封4.

[12]Hidas G，Eliahou R，Duvdevani M，et al.Determination of renal stone composition with dual-energy CT：in vivo analysis and comparison with x-ray diffraction[J]Radiology，2010，257（2）：394-401.

[13]朱家利，汪溢，李志偉，等.寶石能譜CT原子序數(shù)法與紅外光譜法分析泌尿系結(jié)石成分的效果比較[J].重慶醫(yī)學(xué)，2017，46（33）：4662-4663，4666.

[14]Gücük A，Uyetürk U.Usefulness of hounsfield unit and density in the assessment and treatment of urinary stones[J].World J Nephrol，2014，3（4）：282-286.

[15]吳清龍.泌尿系結(jié)石病因?qū)W的研究現(xiàn)況[J].國際泌尿系統(tǒng)雜志，2015，35（5）：749-753.

[16]高逢彬，王謙，王榮江，等.浙江省泌尿系結(jié)石患者的結(jié)石成分分析（附4423例報(bào)告）[J].中華泌尿外科雜志，2019， 40（8）：619-624.

[17]阿不都拉·熱合曼，哈木拉提·吐送，蘇比·尼加提，等.雙能量CT在體外沖擊波碎石術(shù)前測定結(jié)石成分中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2019，34（4）：163-166，173.

（收稿日期：2020-05-19）